Desenvolvimento de Membranas Poliméricas a partir da Blenda de Nafion® e Quitosana para Aplicação em Células a Combustível
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Data
2023
Autores
Jakubiu, Carina Bonavigo
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Resumo
A demanda por fontes de energia limpa aumentou nos últimos anos devido às crescentes preocupações com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa. O hidrogênio verde tem atraído investimentos significativos nos últimos anos devido ao seu potencial como fonte de energia limpa e sustentável. As Células a Combustível (CaCs) desempenham um papel crucial neste cenário, pois são dispositivos de uso final que convertem a energia armazenada no hidrogênio em eletricidade, garantindo que a energia gerada seja completamente limpa e livre de emissões, contribuindo para a descarbonização do setor de energia. Um dos principais componentes de CaCs com membrana de troca protônica (PEMFCs) é o eletrólito, sendo a membrana de Nafion® a mais utilizada comercialmente, um polímero derivado do petróleo e de alto custo. O biopolímero quitosana tem se tornado objeto de vários estudos nos últimos anos para esta aplicação principalmente em razão de suas boas propriedades estruturais e de formação de membranas, bem como à sua alta capacidade de retenção de água e baixo custo. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo preparar membranas a partir da blenda de Nafion® (N) e quitosana (QT) nas proporções de 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 e 1:3. As membranas foram preparadas pelo método de conformação por evaporação de solvente. As propriedades físicas e estruturais das membranas N/QT foram investigadas usando espectrofotômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier, microscópio eletrônico de varredura e analisador termogravimétrico. Além disso, a absorção de água, capacidade de troca iônica (IEC), condutividade protônica e desempenho eletroquímico de tais membranas também foram medidas. Misturas com maiores proporções de Nafion® frente a quitosana excedem o limite de miscibilidade entre eles, mesmo em maiores faixas de diluição, impossibilitando a formação de membranas. A capacidade de absorção de água das membranas N/QT foi aumentada com o aumento da proporção de QT. Em contrapartida, uma diminuição na capacidade de troca iônica foi observada com o aumento da concentração deste polímero. A condutividade das membranas analisadas demonstrou ser dependente da temperatura de operação da célula. As membranas N/QT 1:2 e 1:3 exibiram respectivamente condutividades de 3,8 e 4,0 x 10-2 S.cm-1. Apesar da condutividade apresentada pelas blendas serem expressivas em comparação com o encontrado em outros trabalhos, esses valores de condutividade ainda são baixos se comparados ao Nafion®.
Abstract
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
PEMFC, membrana polimérica, quitosana, Nafion